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Automação Página: 1 Prof. Eng. Giovani Batista de Souza MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS DE ARARANGUÁ Apostila de automação industrial desenvolvida a partir de um trabalho de Automação 1 e 2 intitulado “Automação com controladores lógicos” do próprio autor. Histórico versões: ● Versão 1 – Fevereiro 2010 - Prof. Giovani Batista de Souza Automação Página: 2 Fevereiro- 2010 “A escola é um espaço para os alunos aprenderem, não para os professores ensinarem.” Berthold Automação Página: 3 Sumário 1 - Sistemas Automáticos ............................................................................................... 8 1.1 Introdução ........................................................................................................................ 8 1.2 Histórico .......................................................................................................................... 12 1.3 Descrição de Sistemas Automáticos .............................................................................. 14 2 - Sinais e Sensores .................................................................................................... 16 2.1 Sinais e Sistemas ............................................................................................................. 16 2.1.1 Entradas e saídas de um sistema ................................................................................................ 17 2.1.2 Sinais Contínuos e Discretos ..................................................................................................... 18 2.2 Sinais Digitais ................................................................................................................. 19 2.3 Sinais Analógicos ............................................................................................................ 20 2.4 Transmissores e Sensores .............................................................................................. 21 2.4.1 Transdutores de Temperaturas .................................................................................................. 23 2.4.2 Transdutor de Pressão ............................................................................................................... 27 2.4.3 Transdutor de Nível ................................................................................................................... 28 2.4.4 Transdutores de Posição ............................................................................................................ 28 2.4.5 Sensores Fotoelétricos ............................................................................................................... 31 2.4.6 Sensores de Fibra Ótica ............................................................................................................. 34 2.4.7 Sensores Indutivos ..................................................................................................................... 35 2.4.8 Sensores Magnéticos ................................................................................................................. 36 2.4.9 Sensores Capacitivos ................................................................................................................. 37 3 - Controlador Lógico ................................................................................................. 38 3.1 Definição ......................................................................................................................... 38 3.2 Versatilidade do Controlador Lógico ........................................................................... 40 Automação Página: 4 3.3 Controlador Lógico ........................................................................................................ 40 3.3.1 Unidade de Processamento (CPU) ............................................................................................ 41 3.3.2 Memórias ................................................................................................................................... 42 3.3.3 Unidades de Entradas e Saídas .................................................................................................. 44 3.3.4 Fonte de Alimentação ................................................................................................................49 3.3.5 Porta de Comunicação ............................................................................................................... 49 3.4 Projeto Elétrico ............................................................................................................... 50 3.4.1 Exemplo Projeto Elétrico .......................................................................................................... 51 3.4.2 Exercício Proposto: Controle de Linha Cerâmica ..................................................................... 55 3.5 Configuração .................................................................................................................. 56 3.6 Programa Gerenciador .................................................................................................. 57 3.7 Tipos de Dados para Processamento ............................................................................. 58 3.8 Mapeamento de Memória e Dispositivos ...................................................................... 59 3.9 Programa ........................................................................................................................ 64 3.9.1 Programação: Lista de Instrução ............................................................................................... 66 3.9.2 Programação: Texto Estruturado ............................................................................................... 67 3.9.3 Programação: Linguagem Ladder ............................................................................................. 67 3.9.4 Programação: Diagrama de Blocos ........................................................................................... 68 3.9.5 Programação: Diagrama Funcional Sequencial ........................................................................ 68 4 - Programando em Ladder ........................................................................................ 70 4.1 Definição ......................................................................................................................... 70 4.1.1 Regras Básicas de Programação ................................................................................................ 71 4.1.2 Endereçamento de Variáveis ..................................................................................................... 73 4.1.3 Lógicas de Programação ........................................................................................................... 73 4.2 Contatos NA, NF e Bobinas ........................................................................................... 75 4.2.1 Elementos de Entrada ................................................................................................................ 75 4.2.2 Elemento de Saída ..................................................................................................................... 76 4.2.3 Ladder : Lógicas Básicas ........................................................................................................... 77 4.3 Exemplos com Contatos e Bobinas ................................................................................ 78 4.3.1 Partida direta de motor .............................................................................................................. 78 4.3.2 Controle de Agitador ................................................................................................................. 79 4.3.3 Controle de Alarmes .................................................................................................................. 80 4.4 Exercícios Propostos ...................................................................................................... 82 4.4.1 Controle de Nível ...................................................................................................................... 82 4.4.2 Partida de motores ..................................................................................................................... 83 4.4.3 Transporte de Matérias Primas .................................................................................................. 85 4.4.4 Sistema de dosagem .................................................................................................................. 87 4.5 Contadores e Temporizadores ....................................................................................... 88 4.5.1 Contadores................................................................................................................................. 88 4.5.2 Temporizadores ......................................................................................................................... 89 4.5.3 Exemplo 1: Partida Estrela-Triângulo de Motor ....................................................................... 91 4.5.4 Exemplo 2: Temporização Tempo de Falha .............................................................................. 93 4.6 Funções SET e RESET .................................................................................................. 95 4.7 Exercícios ........................................................................................................................ 96 Automação Página: 5 4.7.1 Exercício 1: Semáforo .............................................................................................................. 96 4.7.2 Exercício 2: Máquina seqüencial .............................................................................................. 97 4.7.3 Exercício 3: Piscar Lâmpada de Alarme ................................................................................... 99 5 - Máquina de Estado ............................................................................................... 100 5.1 Definição ....................................................................................................................... 100 5.1.1 Estado ...................................................................................................................................... 100 5.1.2 Transição ................................................................................................................................. 101 5.1.3 Estado Inicial ........................................................................................................................... 103 5.2 Exemplos de Diagrama de Estado ............................................................................... 103 5.2.1 Exemplo: Chave de Partida Direta .......................................................................................... 103 5.2.2 Exemplo: Controle de Nível com Forçamento de Estado ....................................................... 104 5.2.3 Exemplo: Máquina Sequencial com Múltiplos Diagramas ..................................................... 105 5.3 Utilizando Máquina de Estado com CP ...................................................................... 107 5.3.1 Convertendo Diagrama de Estado em Ladder ......................................................................... 108 5.3.2 Exemplo: Ladder do Diagrama da Máquina Seqüencial ......................................................... 109 5.4 Exercícios ...................................................................................................................... 111 5.4.1 Exercício 1: Desbobinador e Corte Automático ..................................................................... 111 6 - Manutenção ........................................................................................................... 113 6.1 Organização de Arquivos ............................................................................................ 114 6.2 Segurança dos Dados ................................................................................................... 119 6.3 Organizar Manuais e Apostilas ................................................................................... 119 6.4 Documentação dos Aplicativos .................................................................................... 120 6.5 Como Identificar Falhas Elétricas .............................................................................. 120 6.6 Melhorias em Máquinas .............................................................................................. 121 6.7 Rede de Relacionamento .............................................................................................. 124 7 - Glossário ................................................................................................................ 125 8 - Referências ............................................................................................................ 135 9 - Apêndice I - Caderno Exercício - Siemens ......................................................... 140 9.1 Endereçamento .............................................................................................................140 9.2 Software de Programação e Funções .......................................................................... 145 9.3 Configuração ................................................................................................................ 147 9.4 Inicializando a Comunicação ....................................................................................... 147 9.5 Primeiros Diagnósticos ................................................................................................. 148 Ficha de Avaliação ..................................................................................................... 150 Automação Página: 6 “Ainda que eu falasse As línguas dos homens e dos anjos, E não tivesse AMOR, seria como O metal que soa ou Como o sino que toca E ainda que tivesse o dom de profecia, E conhecesse todos os mistérios E toda a ciência, E ainda que tivesse toda a fé, De maneira tal que Movimentasse montanhas, E não tivesse AMOR, Nada seria.” (Cartas de São Paulo Apostolo aos Coríntios I, Capítulo 13, versículos 1 e 2, Bíblia Católica) Automação Página: 7 1 - Sistemas Automáticos “... a ciência constrói robôs que... calculam a uma velocidade vertinosa e que são capazes de vencer o poder, criando uma grande devastação. Infelizmente, a ciência ainda não conseguiu produzir o homem que pensa não por meio de fios e engrenagens, mas com seu ser sensível, e capaz de determinar o destino dos robôs. Esse ser sensível é que devemos educar, não apenas para criar e animar os robôs, mas para dominá-los e exaltar os elementos de consciência e humanidade que são a grandeza e a razão de ser do Homem.” FREINET (apud PUEBLA, 1997, p.20). 1.1 Introdução A automação é um processo de engenharia que identifica comportamentos repetitivos em máquinas e processos, a fim de determinar a utilização de mecanismos e sensores para reprodução destes movimentos e ações. Garantindo pelo menos um dos seguintes objetivos: Aumento da Produtividade, Aumento da Qualidade, Aumento da Segurança e Evitar contato manual. Automação Página: 8 Em um sistema automático a produtividade é normalmente maior, pois a sincronia dos mecanismos é feita de tal modo a reduzir os intervalos de tempos entre duas tarefas. 1. Exemplo1: Sincronia das esmaltadeiras em linha de esmaltação cerâmica. 2. Exemplo2: Aumento de produção em uma máquina de envase automático de refrigerantes. 3. Exemplo3: Sistema de dobra e furação automático, reduz o tempo de produção, pois evita medição de cada operação. A qualidade do produto é assegurada, pois os movimentos dos mecanismos são precisos, garantindo a repetibilidade dos movimentos indefinidamente e a produção de produtos sempre com a mesma qualidade. Exemplo1: Sistema de dosagem de ingredientes, pois permite que a quantidade de cada produto dosado seja sempre a mesma. Exemplo2: Aumento da qualidade de queima em um forno cerâmico para evitar a produção de produtos de classificação de 2a ou 3a. Exemplo3: Linha para corte com precisão de chapa metálica evitando a sobra de cavacos. Figura 1-1 Sensores de barreiras Alguns mecanismos são feitos também para impedir o contato humano, evitando acidentes de trabalho, desta forma contribuindo com a segurança do usuário. E também na higienização de produtos ou embalagens para produto de consumo humano. Automação Página: 9 4. Exemplo 1: Manipulação de produtos químicos. 5. Exemplo 2: Produção de medicamentos. 6. Exemplo 3: Produção de pratos e copos descartáveis. 7. Exemplo 4: Envase de produtos alimentícios. Existem também automações que são feitas apenas para controlar alarmes e falhas de um sistema, contribuindo com a segurança e evitando expor o ser humano à ambiente potencialmente perigoso. Exemplo 1: Controle de alarmes em planta de extração de óleo de soja. Exemplo 2: Sistema de falhas em plataforma de petróleo. Exemplo 3: Sistema de falhas e barreiras de proteção para prensas. Exemplo 4: Controle de Temperatura de um autoforno. Figura 1-2 Vista interna de uma fábrica A automação também é importante para segurança da máquina, impedindo que os mecanismos da máquina sejam autodestruídos durante o funcionamento da mesma. 8. Exemplo1: Controle de alimentador de prensa hidráulica. 9. Exemplo2: Controle de pressão de sistema de filtragem. 10. Exemplo3: Controle de parada a vazio para elevadores de grãos e pós. O processo de automação é dividido em duas partes distintas: automatização ou mecanização e automação propriamente dita. A Automação Página: 10 automatização ou mecanização está diretamente ligada aos atuadores e mecanismos capazes de efetuar os movimentos de repetição identificados. Nesta etapa é dividida em parte elétrica e mecânica, tais como: atuadores pneumáticos e eletromagnéticos, motores elétricos, servomotores, etc. A automatização propriamente dita, corresponde à atividade de desenvolvimento de integração dos movimentos de todos os mecanismos de forma ordenada e pré-estabelecida. Este método de automatização foi o primeiro método de seqüenciação a ser desenvolvido e era bastante utilizado, mas não permitia a automação total de processos muito complexos. O método de controle de automação é o que utiliza sinais elétricos para acionamento dos movimentos, através de “máquinas processadoras de dados”. Este é o método mais utilizado hoje em dia devido ao menor número de manutenção, a flexibilidade e ao custo final de implantação. Com a evolução da eletrônica, permitiu-se a construção de equipamentos eletrônicos extremamente pequenos, confiáveis e capazes de executar uma enormidade de operações matemáticas, o que possibilitou o desenvolvido dos Controladores Lógicos a preços bastante competitivos. Além do preço um sistema automático com controlador lógico, tem um menor número de manutenção, devido ao menor número de partes móveis. Também tem uma flexibilidade maior, pois permite alterar o sequenciamento da máquina trocando apenas o seu programa. Outra facilidade da utilização de controladores lógicos é a utilização de programas de monitoração via microcomputadores, denominados supervisórios. Estes programas permitem o controle remoto e o armazenamento de dados de produção, facilitando o gerenciamento através de relatórios e planilhas de produção e eventos do sistema. Automação Página: 11 Figura 1-3 Vista interna de um painel elétrico Figura 1-4 Vista externa de painel elétrico de força e comando 1.2 Histórico O desejo de facilitar as atividades humanas começou com o surgimento das primeiras comunidades,com a utilização primeiramente da lança e depois de instrumentos agrários tais como pás e enxadas etc. Já o processo de automação de máquinas começa ainda na época da revolução industrial com a invenção de máquinas para produção de bens de consumo, para a indústria têxtil, o que acarretou um grande impulso da ciência que passou a aprimorar os processos, as máquinas e as fontes de energia. Automação Página: 12 Inicialmente a fonte de energia de propulsão das indústrias era a hidráulica ou eólica. A energia hidráulica funcionava através do movimento de uma enorme roda que girava devido à força do fluxo de um canal de água desviado para passar pelos canecos (aletas) que formavam a roda d’água. A rotação desta roda era responsável pelo movimento dos mecanismos da fábrica. Figura 1-5 Sistema motriz antigo (Roda d'água) A energia eólica era obtida de cataventos que movimentavam um eixo central sendo utilizado principalmente para bombeamento de água e para moer grãos. Apresentamos um pequeno resumo da evolução da tecnologia que contribuíram para o desenvolvimento da automação industrial: Navegação com energia dos ventos, à vela pelos Fenícios ( 1000 A.C.); Moinhos de ventos já eram utilizados antes do século X; Invenção máquina de fiar (1764); Tear Hidráulico (1768); Máquina de Vapor (1769); Bateria Elétrica (1800) Alessandro Volta; Navegação com energia a vapor (1807); Relação entre eletricidade e magnetismo (1820), por Hans Christian Orsted; Eletromagnetismo (1864) por James Clerk Maxwell; Equação da força eletromotriz por Faraday (1831) e Lenz (1834); Rede elétrica pública em Londres (1882); Automação Página: 13 Motor Elétrico CC (1886) através do gerador de CC por Werner Von Siemens; Motor Elétrico CA (1889) o Eng. Dobrowolsky patenteou este motor. Neste trabalho focaremos o estudo de controle automático via controladores lógicos, que são circuitos eletrônicos, surgidos graças à evolução desta ciência. Esta evolução é bastante recente e ocorreu de forma muito rápida, para enfatizar esta afirmação é que colocamos abaixo um pequeno histórico da evolução da eletrônica em nossa sociedade: Transistor (1948) por Bradeen e Bradain; Demonstração prática da máquina CNC (1953); Circuito Integrado de Silício (1958) Jack Kilby; Padronização de comunicação serial RS232 (1960); Microprocessador (1971) Laboratório Intel; Aparecimento dos Controladores Lógicos na indústria automotiva (década 70); Mini-calculadoras eletrônicas (década de 70) Computador pessoal (1975) Edward Roberts; Máquina CNC com microprocessador (1977); Protocolo MODBUS (1979); PC – Padrão IBM (Personal Computer) (1981); Protocolo Profibus (1987); Normas para programação IEC 61131 (1992); Internet aberta e acessível a todos (1995). 1.3 Descrição de Sistemas Automáticos Um sistema automático ou sistema de controle é dividido em duas partes tais como controle e sistema controlado. Automação Página: 14 Figura 1-6 Sistema de controle O controle é formado pelos equipamentos físicos que comandam todo o sistema, enviando ordens para a máquina controlada. O sistema controlado corresponde à máquina e/ou processo final, que recebe as ordens e envia as informações necessárias para um perfeito controle do sistema. A automação com sucesso é desenvolvida com a descrição detalhada de todas as partes de um sistema de controle, a fim de eliminar e/ou reduzir todos os erros de programação durante a posta em marcha do sistema. Automação Página: 15 2 - Sinais e Sensores “A dinâmica do ato de verificar encerra-se com a obtenção do dado ou informação que se busca, isto é, ‘vê-se’ ou ‘não se vê’ alguma coisa. E... pronto! Por si, a verificação não implica que o sujeito retire dela conseqüências novas e significativas.” LUCKESI, 1995, p.92 2.1 Sinais e Sistemas Sinal é uma descrição quantitativa de um determinado fenômeno, associado a um dado do meio. Exemplos de sinais: sonoros, visuais e elétricos. O sistema é uma parte do meio que cria sinais próprios e que permite que ele se relacione com o meio ambiente. Exemplos de sistemas: circuitos elétricos, sistemas hidráulicos, sistemas mecânicos. Automação Página: 16 Figura 2-7 Sistema de controle 2.1.1 Entradas e saídas de um sistema Todo sistema tem associado a ele um ou mais sinais. Os sinais que relacionam o sistema com o meio são designados como: sinais de entrada e sinais de saída. O meio atua sobre o sistema através dos sinais de entrada e o sistema atua sobre o meio através dos sinais de saída. A representação de um sistema em um meio genérico é feito da seguinte forma: Figura 2-8 Representação sistema e meio Exemplo: A Lâmpada elétrica recebe uma dada tensão (V) e emite luz e calor. Então o sistema lâmpada tem como sinal de entrada a tensão e como sinais de saída à luz e o calor. Automação Página: 17 Figura 2-9 Exemplo sistema lâmpada 2.1.2 Sinais Contínuos e Discretos O tempo é um fator muito importante nos sistemas de controle e automação, pois os sinais relacionados aos sistemas são funções do tempo. Em função do tempo os sinais são analisados de forma discreta ou contínua. Sinais discretos são sinais definidos em um número contável de pontos no eixo dos tempos. Na figura 2-4 observamos que entre os pontos cinco e seis do eixo do tempo não temos o valor real do sinal. Figura 2-10 Sinais discretos Sinais contínuos são sinais definidos no eixo do tempo em intervalos com infinitos pontos. Automação Página: 18 Figura 2-11 Temperatura ao longo de um dia em uma estufa Geralmente trabalhamos com uma combinação de sinais contínuos e discretos, pois os conversores analógicos para digital (A/D) e digital para analógico (D/A) necessitam de tempo para conversão destas grandezas. Portanto para analisar matematicamente estas combinações é necessário então amostrar os sinais contínuos de forma a construir seqüências que as representam. A amostragem é feita através de coletas de informações do sinal contínuo em determinados instantes, chamadas amostras. O intervalo de coleta geralmente é constante e é chamado de período de tempo (T). Figura 2-12 Amostragem de sinal ao longo de um período 2.2 Sinais Digitais Sinais elétricos digitais são formados por sinais que tem seus níveis variando entre dois níveis de energia pré-estabelecidos, definidos como nível 0 (zero) e nível 1 (um). Representamos variáveis de nosso dia-a-dia através de sinais elétricos digitais, tais como: Automação Página: 19 Aberto / fechado, através de sensor indutivo, magnético e fim de curso; Ligado / desligado através de contato auxiliar de um contator; Cheio e vazio através de sensor de nível tipo bóia ou capacitivo; Avançar / Retornar, comando para um cilindro pneumático; Posição Ocupada / Desocupada através de sensor ótico ou indutivo; Quente / Frio através de termostato; Pressão Baixa / Alta através de pressostato; Ligar e desligar, comandopara um motor. Figura 2-13 Dispositivos associados a sinais binários ( Botoeira, cilindro, contator e fim de curso) 2.3 Sinais Analógicos São sinais elétricos, continuo no eixo do tempo, que apresentam o nível da grandeza dentro de uma faixa de valor, podendo assumir qualquer valor entre os limites desta faixa. Idealmente um sinal analógico assume um valor entre os limites do infinito, de forma real estes valores terão uma faixa definida. Automação Página: 20 Figura 2-14 Curva variável analógica As grandezas físicas relacionadas abaixo são utilizadas preferencialmente como grandezas analógicas, pois o controle das variáveis será feito de uma forma mais adequada. Temperatura; Pressão; Vazão; Nível de um tanque; Massa em uma balança; Luminosidade; Umidade; Velocidade; Posição; Tonalidade; Concentração de oxigênio; Nível pH. 2.4 Transmissores e Sensores Os sensores são os elementos primários que transformam uma grandeza física qualquer em um sinal elétrico. E normalmente são utilizados em conjunto com equipamentos transmissores, que servem como amplificadores do sinal para transmissão à distância, bem como para conversão do sinal de entrada para um valor de tensão/corrente a níveis padronizados. Automação Página: 21 Figura 2-15 Sensor indutivo Além dos sensores e transmissores, num sistema de coleta de sinais, também são utilizados os conversores, que são equipamentos eletrônicos que servem para converter um sinal primário em um sinal elétrico padronizado. Na figura 2-10 observamos a utilização de um conversor entre o sinal do sensor de temperatura e o controlador, neste caso o conversor foi utilizado para ajustar a faixa de valor obtida pelo sensor para a faixa de utilização do controlador (0 a 10 Vcc / 4 a 20 mA). Figura 2-16 Sensor e transdutor As entradas de contagens rápidas disponíveis na maioria dos controladores lógicos são alternativas a utilização de unidades de conversão analógicas para digital. Estas entradas são transformadas em entradas analógicas através da utilização de conversores das grandezas físicas para freqüência (0 a 10 kHz). No exemplo indicado na figura 2-11, a temperatura obtida é inicialmente convertida em sinal de tensão/corrente padronizado e posteriormente este valor é transformado em um trem de pulso entre zero a 10 kHz. Utiliza-se esta opção para reduzir o custo de uma instalação e viabilizar um sistema de controle total com controlador, quando o mesmo não dispor de conversores analógicos para digital, ou o custo de seus módulos de expansões for exorbitante. Automação Página: 22 Figura 2-17 Leitura por contagem de pulsos 2.4.1 Transdutores de Temperaturas Para medição de temperaturas existem vários tipos de sensores, o mais utilizado é o termopar. O princípio de funcionamento do termopar é a diferença de potencial que aparece no ponto de conexão entre dois metais diferentes, a qual é variável com a temperatura. Figura 2-18 Termopar A máxima temperatura de emprego dos termopares depende da constituição dos materiais que compõe a junta, e neste caso são padronizados como J, K, T, E, N, R, S e B conforme tabela 2.1. Tipo Liga (+) (-) Limites de Temperaturas J Ferro Constantan (Cobre-Niquel) 0 a 750 oC Automação Página: 23 K Cromel (Níquel – Cromo) Alumel (Níquel-Alumínio) 0 a 1250 oC T Cobre Constantan -185 a 370 oC E Cromel Constantan 0 a 870 oC N Nicrosil (Níquel-Cromo- Silicio) Nisil (Níquel-Silicio- Magnésio) -90 a 1300 oC R Cobre Constantan 0 a 1480 oC S Cobre Constantan 0 a 1480 oC B Platina Platina – 30% Rhadio Platina Platina – 6% Rhadio 150 a 1820 oC Tabela 2-1 Tipo de termopares Os termopares são bastante utilizados devido ao pequeno tamanho e ampla faixa de utilização. Mas apresentam as seguintes desvantagens: A faixa de leitura não é linear; Precisam de conversores; Normalmente necessitam de cabos de compensação. A curva tensão por temperatura de um termopar tipo J é apresentada na figura 2-13. Automação Página: 24 Figura 2-19 Relação Tensão x Temperatura do termopar tipo J Outro método de medição de temperatura é a termoresistência, conhecida por PT100, que tem o principio de funcionamento fundamentado na dependência do valor da resistência elétrica de um condutor com a temperatura externa. A grande vantagem deste método é a alta precisão e boa sensibilidade. Para seu funcionamento faz-se necessário à utilização de uma fonte de energia constante. O nome PT100 vem do material utilizado platina (PT) e da resistência apresentada a zero grau Celsius (100 ohms). A faixa de leitura normal é de -220 a 500 oC, para temperaturas mais elevadas, até 850 oC, o sensor precisa passar por um tratamento químico Automação Página: 25 Figura 2-20 Representação de um PT100 Existe também para aplicações mais específicas o termistor, que são elementos semicondutores que variam a resistência dependendo da temperatura. Os termistores não realizam a conversão de forma linear e possuem baixa estabilidade a altas temperaturas. Figura 2-21 Relação tensão x resistência de um PT100 Como os sensores de temperaturas não disponibilizam diretamente o sinal físico medido em um sinal elétrico padrão de entradas analógicas (4 a 20 Automação Página: 26 mA ou 0 a 10 V), normalmente são utilizados conversores de sinal para realizar esta transformação. Figura 2-22 Representação de equipamentos para controle de temperatura 2.4.2 Transdutor de Pressão Existem vários métodos para medição de pressão, o método mais utilizado é o da banda extensométrica ou Strain Gauges. Que tem seu funcionamento fundamentado no seguinte princípio: “Um condutor elétrico ao ser submetido a um esforço mecânico, muda seu comprimento e seu diâmetro, portanto variando sua resistência elétrica”. Figura 2-23 Influência pressão num condutor Este método de medição de pressão também é utilizado para medição indireta de níveis de tanques, com a verificação da pressão na base do tanque. Este sensor é utilizado também como sensor mássico em balanças onde são denominados de células de carga. Automação Página: 27 Figura 2-24 Células de carga para balança 2.4.3 Transdutor de Nível Existem vários métodos para a medição de nível e um dos mais modernos e precisos é o sensor ultra-sônico, que funciona através da leitura de tempo que um sinal sonoro leva para sair do medidor, refletir no nível do tanque e retornar ao medidor. O nível é calculado através da diferença da altura total do medidor em relação ao tanque com a distância projetada pelo som. Figura 2-25 Aplicação sensor ultra-sônico 2.4.4 Transdutores de Posição O sensor de posição é usado para determinar o espaço percorrido por um equipamento com objetivo de localização e posicionamento. AutomaçãoPágina: 28 O encoder é o dispositivo utilizado para determinar a posição de um manipulador, existindo dois tipos de enconders, o absoluto e o incremental. A figura 2-20 mostra o aspecto físico externo de três encoder. Figura 2-26 Encoder O encoder incremental é um dispositivo elétrico que gera um determinado número de pulsos constantes por cada revolução de seu eixo. Para determinar a direção dos pulsos existem dois canais, denominados A e B, que geram pulsos defasados entre si de meio pulso. Existe também um terceiro sinal “Z” que gera um pulso a cada revolução do encoder, e serve como referência de rotação. A especificação do encoder é feita através do número de pulsos por volta e das características mecânicas de fixação e proteção. A figura 2-20 mostra a função de saída em função do tempo, para as saídas A, B e Z. Figura 2-27 Encoder incremental – pulsos Automação Página: 29 A figura 2-21 demonstra a construção do disco interno e dos leitores óticos que permite gera o código do gráfico da figura 2-20. Figura 2-28 Disco do enconder incremental O encoder absoluto gera um código binário por fração de volta em torno de seu eixo (figura 2-22), não perdendo seu posicionamento após a desenergização do sistema. O encoder absoluto possui uma furação diferente do encoder incremental e possui um sensor ótico para cada trilha sensora (figura 2-23). Automação Página: 30 Figura 2-29 Encoder absoluto - Código Gray A especificação de um encoder absoluto exige o número de bits de resolução, que corresponde ao número de trilhas perfuradas no disco sensor e das características mecânicas de fixação e proteção. Figura 2-30 Encoder absoluto - Disco interno 2.4.5 Sensores Fotoelétricos O sensor fotoelétrico é um sensor utilizado para identificar a presença de qualquer material. O funcionamento é baseado na utilização de um emissor e um receptor de luz, o objeto a ser controlado deve interferir na passagem e/ou Automação Página: 31 reflexão deste sinal luminoso. O receptor identifica o sinal luminoso e atua no circuito de saída do sensor. Figura 2-31 Diagrama de bloco - sensor fotoelétrico Para evitar a interferência dos sinais luminosos externos, tais como a iluminação do pavilhão e luz natural solar, o circuito gerador de luz emite luz de forma pulsada evitando a interferência destes sinais externos. Figura 2-32 Ilustrações sensores ótico Estes sensores são construídos de três formas diferentes: • Sensor ótico de barreira • Sensor ótico difuso • Sensor ótico refletivo 2.4.5.1 Sensores Óticos Barreira Automação Página: 32 Neste tipo de sensor o emissor e o receptor estão em unidades distintas e são dispostos um de frente ao outro garantindo a transmissão do feixe luminoso entre eles. O acionamento ocorrer quando o objeto interromper o feixe luminoso. Figura 2-33 Representação sensor ótico barreira 2.4.5.2 Sensores Óticos Difuso Neste tipo de sensor o emissor e o receptor estão em uma mesma unidade. O acionamento ocorrer quando o objeto estiver na região sensora do sensor refletindo o sinal através da superfície do objeto. Figura 2-34 Representação sensor ótico difuso 2.4.5.3 Sensores Óticos Refletivo Neste tipo de sensor o emissor e o receptor estão em uma mesma unidade, o feixe de luz enviado pelo emissor reflete em uma superfície prismática e retorna para o receptor. O acionamento ocorrer quando o objeto interromper este feixe luminoso. Figura 2-35 Representação sensor ótico refletivo Automação Página: 33 Para evitar à interferência da reflexão em superfícies refletoras que não sejam o prisma refletor, na maioria das marcar comerciais, a luz do sensor é polarizada, neste caso o sensor somente identificará a luz que for refletida no prisma, pois ao refletir-se no prisma ela envia luz em todas as direções, enquanto em uma superfície plana a luz é refletida com a mesma polaridade. O receptor está ajustado para receber o sinal da luz polarizada com 90° de defasagem do sinal emitido. Figura 2-36 Polarização do sinal de Luz 2.4.6 Sensores de Fibra Ótica Os sensores de barreira e difuso também são apresentados com a tecnologia da fibra ótica, podendo ser utilizado em local de difícil acesso e com alta sensibilidade de detecção de pequenos detalhes. Uma aplicação do sensor de fibra ótica é a contagem de copos plásticos através da borda dos mesmos conforme mostra o diagrama da figura 2-31. Automação Página: 34 Figura 2-37 Exemplo utilização sensor fibra ótica de barreira O circuito do sensor é composto de um driver para conversão dos sinais elétricos em óticos e vice-versa conforme diagrama da figura 2-32. Figura 2-38 Diagrama elétrico sensor de fibra ótica 2.4.7 Sensores Indutivos O sensor indutivo é utilização para identificar a aproximação de materiais ferromagnéticos. O funcionamento do sensor baseia-se na interação de um campo eletromagnético de alta freqüência com o material a ser identificado. O campo de alta freqüência é produzido por oscilador transistorizado e este campo é direcionado para fora dos elementos ativos do sensor formando uma região sensível à interferência magnética. A aproximação de um metal a esta região provoca a alteração do campo eletromagnético original ocasionando internamente a comutação da saída do sensor. Automação Página: 35 Figura 2-39 Diagrama de blocos - sensor Indutivo A máxima distância de interação do campo magnético entre sensor e objeto é chamada de distância sensora. Figura 2-40 Ilustração sensor indutivo 2.4.8 Sensores Magnéticos O sensor magnético é utilização para identificar o posicionamento de certos atuadores. O funcionamento do sensor baseia-se na interação de um campo magnético fixo de um imã com uma micro-chave elétrica comutada por campo magnético. Este tipo de sensor é bastante utilizado para identificar o posicionamento dos atuadores pneumático, onde a chave é fixada na parede externa do cilindro e o imã está preso no embolo do pistão. Figura 2-41 Diagrama de blocos - sensor magnético Automação Página: 36 Para facilitar a manutenção e identificar o funcionamento do sistema estes sensores também são providos de circuito de sinalização visual por led, para identificar o acionamento da chave. 2.4.9 Sensores Capacitivos O sensor capacitivo de aproximação de materiais diversos é utilizado para identificar a presença de: materiais orgânicos, plásticos, pós, madeiras, líquidos, vidros, papéis, etc. O funcionamento deste sensor é baseado na interação do objeto com o dielétrico de um capacitor alimentado por sinal de alta freqüência. O objeto interagindo com o dielétrico do capacitor, varia a capacitância do elemento sensor, que por sua vez altera as condições do oscilador e aciona a saída do sensor. Figura 2-42 Diagrama de blocos - sensor capacitivo A distância sensora depende do material e da massa a ser detectada, desta forma deve ser considerado um fator deredução para os diversos tipos de materiais. Este fator de redução e a distância básica são fornecidos nos catálogos dos fabricantes. Figura 2-43 Ilustração sensor capacitivo Automação Página: 37 3 - Controlador Lógico “No futebol, a competência do centroavante que imobiliza um contra- ataque está em desmarcar-se e também em pedir para que lhe passem a bola, em antecipar os movimentos da defesa, em ter cuidado com o impedimento, em ver a posição dos parceiros, em observar a atitude do goleiro adversário, em avaliar a distância até o gol, em imaginar uma estratégia para passar pela defesa, em localizar o árbitro, etc. Outros tantos esquemas podem ser trabalhados separadamente, no treino, mas um ataque eficaz dependerá da sua orquestração.” PERRENOUD, 1999, p.24 3.1 Definição Um sistema automático é formando pelo conjunto entre controlador lógico e mecanismos de acionamentos. A integração destes dispositivos com o meio ocorre através de sinais elétricos de entrada provenientes de sensores, botoeiras, etc., e de dispositivos de saída, ou seja, atuadores, tais como: solenóides, válvulas, motores, contatores, lâmpadas, etc. A figura 3-1 mostra um diagrama com vários elementos utilizados em um sistema automático. Automação Página: 38 Figura 3-44 Representação controlador e periférico No diagrama da figura 3-1 observamos que o controlador lógico é o elo de interligação entre os dispositivos de entrada e saída. Este controle é feito através de um sequenciamento de atividades pré-estabelecidas (programa) armazenado na memória do controlador. O funcionamento do sistema deve ser garantido pelo conjunto formado pela qualidade do controlador, atuadores elétricos e dispositivos de entrada utilizados no sistema. Em 1978 a National Electrical Manufactures Association (NEMA), através do padrão NEMA ICS3-1978, determinou a seguinte definição para controlador lógico: “Equipamento de lógica digital, operando eletronicamente que usa memória programável para armazenamento interno das instruções de implementação específica, tais como: lógica seqüencial, temporização, contagem e operações aritméticas, para controle de máquinas e processos industriais com vários modelos de módulos de entradas e saídas digitais e analógicas em máquinas ou processos.” (NEMA ICS3-1978) Automação Página: 39 3.2 Versatilidade do Controlador Lógico O controlador lógico é muito utilizado em ambientes industriais, pois diminui a quantidade de fios e dispositivos utilizados nos painéis de controle, reduzindo o tempo e o custo de implantação de sistemas complexos, facilitando a manutenção e flexibilização de controle do sistema. São vantagens da utilização do controlador lógico em automação industrial: • Velocidade de processamento (tempo de varredura do programa muito rápido); • Tamanho reduzido; • Baixo custo de aquisição; • Flexibilidade para mudanças no programa de controle; • Funções avançadas de programação; • Possibilidade de comunicação com outros equipamentos; • Diagnósticos de erros e monitoração do sistema de forma remota. Desde o seu surgimento até hoje em dia, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos como por exemplo: a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade de processamento, a complexidade da linguagem de programação e a interface com o usuário. 3.3 Controlador Lógico O controlador lógico é o coração do sistema, pois é ele quem vai gerir o funcionamento de todo o sistema. Neste trabalho utilizamos a denominação Controlador Lógico (CP). Em outras literaturas utilizam-se outras denominações, sendo que algumas delas são de propriedade intelectual reservada (patentes de fabricantes). As três principais denominações são: CP – controlador programável; CLP – Controlador Lógico Programável; PLC – Programmable Logic Controller. Automação Página: 40 O Controlador Lógico é um equipamento eletrônico formado por seis unidades principais, ou seja, processamento (CPU), de armazenamento de dados (memórias), entradas, saídas, comunicação serial e fonte de alimentação, como ilustra o diagrama da figura 3-2. Este diagrama de blocos de dispositivos é o mesmo utilizado para todos os circuitos de processamento de informações, tal como o micro-computador pessoal. Figura 3-45 Diagrama em blocos 3.3.1 Unidade de Processamento (CPU) A unidade de processamento é responsável pelo gerenciamento das atividades de um controlador lógico, realizando as atividades de interpretação do programa, leitura e escrita em memória e módulos de saídas. A unidade de processamento também é conhecida pela sigla de CPU ou UCP. A unidade de processamento é composta por um componente eletrônico chamado microprocessador ou microcontrolador que definem as principais características desta unidade, tais como velocidade de operação, quantidade de dados para manipulação e funções disponíveis para programação. Automação Página: 41 3.3.2 Memórias O sistema de memória de um controlador é responsável pelo armazenamento de dados e do programa. Existindo dois tipos de memórias, do ponto de vista construtivo: memórias RAM e memórias ROM. RAM (Random Access Memory) são memórias de acesso aleatórios, para operação de leitura e escrita. Utilizada para armazenar dados temporários. A principal vantagem da memória RAM é a sua velocidade de acesso ser superior em comparação com memórias do tipo ROM. A principal desvantagem a volatilidade de seus dados, ou seja, os dados são perdidos com a desenergização da memória. Outra tecnologia de memória RAM é a NVRAM (Non Volátil RAM), ou seja, memória RAM com proteção dos dados, mesmo com o dispositivo desligado. ROM (Read Only Memory) memórias apenas de leitura que são utilizadas para armazenar programas e constantes. Existem diversas tecnologias de memórias ROM, as principais são a EPROM e a FLASHEPROM. A EPROM (Erasable Programmable ROM), muito utilizada em máquinas antigas, é uma memória que permite a rescrita através de um programador, as principais desvantagens são: a necessidade da utilização de um programador exclusivo e de um apagador com luz ultravioleta. A memória FLASHEPROM é uma tecnologia mais recente que permite apagar e escrever através de sinais elétricos, sendo bastante utilizadas para armazenamento de programas aplicativos e dados dos controladores. A flexibilidade na manipulação de dados da memória FLASHEPROM permite que sejam também utilizadas para computadores tipo PC, através do canal USB em equipamentos chamados pendrives, pois permite o apagamento e a reescrita de informações através de sinais elétricos de forma simplificada. Diz-se que a memória FLASHEPROM é apenas de leitura, pois a liberação de uma posição de memória utilizada não é permitida de forma individual. A liberação de posições de memórias deve ser feita em blocos, dependendo da tecnologia construtiva do dispositivo. Normalmente para as memórias utilizadas nos controladores lógicos o tamanho do bloco corresponde ao tamanho da própria memória e desde modo para liberar posições deve ser apagado todo o conteúdo da memória.Nos controladores lógicos são utilizados os dois tipos de memórias RAM e FLASHEPROM. As memórias RAM são utilizadas para armazenar os valores Automação Página: 42 das variáveis do sistema e a FLASHEPROM o programa, constantes e configurações. Para impedir que os dados da memória RAM sejam perdidos após uma desenergização, o controlador lógico possui um sistema especial de alimentação destas memórias através de uma bateria de Lithium, que a mantém sempre energizada. Através do software de programação definimos a região de dados para retenção dos dados, ou seja, que mantêm os dados intactos após a desenergização do sistema. Para garantir a troca de uma bateria descarregada ou defeituosa, também é utilizado um capacitor em paralelo com a bateria que mantêm o circuito energizado durante o processo de troca de bateria ou mesmo de uma falha momentânea da mesma. O circuito eletrônico simplificado desta alimentação elétrica está na figura 3-3 Figura 3-46 Alimentação da RAM Para aumentar a velocidade de execução dos programas alguns controladores utilizam-se da memória RAM. Ao inicializar o sistema a CPU destes controladores primeiro cria uma cópia da FLASHEPROM para a RAM, executando o programa na memória RAM a partir deste momento. Na figura 3- 4 observamos que o programa aplicativo fica armazenado nas duas memórias, mas apenas o programa da FLASHEPROM fica armazenado após a desenergização do sistema. Automação Página: 43 Figura 3-47 Mapa de memória É oportuno observar que alguns fabricantes para diminuir o custo final do equipamento colocam como acessório a memória FLASHEPROM e o controlador lógico trabalha apenas com a memória RAM. Neste caso o programa será perdido caso ocorra ao mesmo tempo uma falha na bateria interna e na alimentação da rede elétrica. 3.3.3 Unidades de Entradas e Saídas As unidades de entradas e saídas (E/S), são as unidades que fazem o interfaceamento do processador central com o meio externo (Processo/máquina). Sua construção eletrônica é robusta a fim de isolar os ruídos elétricos e garantir o funcionamento dos equipamentos conectados ao sistema. As unidades de entradas recebem os sinais externos, provenientes do sistema controlado, isolando-os e ao mesmo tempo normalizando-os para a interpretação da unidade de processamento. As unidades de saídas são responsáveis por entregar o sinal da CPU para o meio externo, garantindo a isolação, normalização e amplificação deste sinal. 3.3.3.1Padrões de Sinais Digitais Para representar o sinal digital nos circuitos físicos industriais, são utilizados alguns padrões de níveis de tensão, conforme citado abaixo: Automação Página: 44 24 VDC – Padrão mais utilizado no ambiente industrial; 125 VDC; 110 VAC – Padrão de sinal para alimentação direta da tensão de rede Alternada; 220 VAC. 3.3.3.2Padrão Construtivo Entrada As entradas são classificadas quanto à tecnologia empregada para sua construção, como: • Transistor NPN – tecnologia que utiliza o sinal positivo como referência de tensão, sendo o sinal negativo interpretado pelo controlador . Veja que na figura 3-5 o valor entregue para a carga é o sinal negativo (zero volt) enquanto o sinal que permanece como referência é o sinal positivo (24 V). Figura 3-48 Circuito NPN • Transistor PNP – tecnologia que utiliza o sinal negativo como referência de tensão. O sinal interpretado no controlador é o sinal positivo. Figura 3-49 Circuito PNP Automação Página: 45 Além dos padrões construtivos, as entradas dos controladores são disponibilizadas com isolação entre o circuito externo e interno utilizando-se acopladores óticos. Devido a esta forma construtiva a maioria dos fabricantes fornece o controlador com possibilidade de configuração do tipo de entrada NPN-PNP conforme conexão do sinal de referência. Na figura 3-7 visualizamos a conexão deste sinal de referência de um controlador para configurá-lo em NPN e PNP. Figura 3-50 Entradas NPN e PNP 3.3.3.3Padrão Construtivo Saída A principal função das saídas é entregar energia suficiente para acionar as cargas conectadas ao controlador. Portando a análise da forma construtiva das saídas é considerada sobre esta ótica. As saídas são construídas como: • Transistor – A comutação do sinal é feito com um elemento semicondutor. A vida útil do sistema é maior, devido à ausência de partes móveis. Desvantagem: baixa capacidade de corrente. O circuito é representado nas figuras 3-5 e 3-6. Automação Página: 46 • Saída a Relé – tecnologia que utiliza um contato auxiliar de um relê como sinal de saída, apresentando uma corrente de saída maior. Desvantagem: seu contato é móvel, ou seja, vida útil menor. O circuito é representado na figura 3-8. Figura 3-51 Saída a rele • Tiristores – ou relê de estado sólido, tecnologia que utiliza tiristores ou transistores de potência para a saída do sinal. Vantagens: Corrente de saída maior, normalmente 5 Amperes e Vida útil maior pois não apresenta partes móveis. A figura 3-9 representa o circuito. Figura 3-52 Rele Estado Sólido (SSR) A tabela 3.1 faz uma comparação entre estas tecnologias: Tecnologia Vida útil Corrente saída Desvantagem Transistor Ótima 200 mA Baixa corrente Rele Boa 2 A a 10 A Vida útil Tiristor Ótima 5 A Custo maior Automação Página: 47 Pouca opção de mercado Tabela 3-2 Comparação entre tecnologias 3.3.3.4Padrão Sinal Analógico Os sinais elétricos analógicos são utilizados com alguns padrões, nível e grandeza elétrica para ser utilizado em ambiente industrial, como segue: 0 a 10 V – bastante utilizado devido à facilidade técnica de implementação, com uma fonte de alimentação e um potenciômetro como meio para variar a tensão; 0 a 5 V – Variante do método 0 a 10 V, mas pouco utilizado. 1 a 5 V – Variante do método de tensão, também pouco utilizado, permite identificar falhas na conexão, pois a tensão mínima é diferente de zero. -10 a 10 V – Método 0 a 10 V modificado para utilização em controle de velocidade, permitindo a reversão do sentido de giro de um motor. 4 a 20 mA – A padronização da corrente elétrica torna os sistemas de leituras de grandezas analógicas mais precisas, pois não sofrem interferência da resistência dos condutores. Este método é bastante utilizado pois permite identificar um circuito defeituoso, como um cabo rompido. 0 – 20 mA - circuito de corrente simples que não permite identificar falha no condutor. Método pouco utilizado. Para utilizar os sinais analógicos são tomados alguns cuidados na instalação, evitando a interferência de distúrbios e falhas elétricas externas, utilizando para este fim cabos blindados, canaletas/tubulações exclusivas, um bom sistema de aterramento e afastar os condutores de sinais dos condutores dos circuitos de força, além de verificar todas as sugestões definidas pelo fabricante. Automação Página: 48 3.3.4 Fonte de Alimentação A fonte de alimentação é um dispositivo eletrônicocapaz de transformar e manter a energia elétrica dentro dos padrões requeridos pelo sistema. Em um sistema automático com controlador lógico a fonte de alimentação é responsável pelo fornecimento de energia em um nível de tensão adequado. Este nível de tensão, normalmente, é 24 Volts. A especificação da fonte deve estar de acordo com a potência elétrica requerida pelo sistema, ou seja, a corrente de saída máxima da fonte deve ser maior que a corrente máxima de funcionamento. É importante observar que a corrente máxima de funcionamento do sistema nem sempre é igual à soma das correntes de todos os dispositivos do conjunto. Isto ocorre devido a não simultaneidade dos acionamentos, existindo um fator de diversidade entre eles. O fator de diversidade deve ser previsto pelo projetista levando em conta o momento em que o maior número de dispositivos está acionado ao mesmo tempo. Uma fonte de alimentação é especificada pela tensão (E) e potência (P), e sua corrente elétrica (I). A relação entre elas é definida pela seguinte formula: P = E . I As fontes de alimentação são construídas com base em diversas tecnologias para manter o nível de tensão contínuo. Estas tecnologias são: Convencional - é a mais simples de todas, apresenta como desvantagem uma oscilação em torno do valor de saída, normalmente +/- 10%. Regulada – O valor de saída é constante, mas apresentam, normalmente, baixa capacidade de corrente de saída. Chaveada – O valor de saída é constante, apresentando como vantagens o tamanho reduzido e a alta capacidade de corrente. 3.3.5 Porta de Comunicação As portas de comunicações são os meios oferecidos para a troca de informações com o meio externo. Através de uma porta de comunicação Automação Página: 49 conectamos o controlador lógico com um terminal programador, com uma IHM, com uma rede de controladores e dispositivos ou até mesmo com um programa de supervisão. O tipo de comunicação utilizada é normalmente a serial e existem diversos tipos de protocolos de comunicação, bem como tecnologias de fabricação das portas que serão tratadas no capítulo 6 – Comunicação com CP. Figura 3-53 Utilização de portas de comunicação Na especificação do controlador lógico consideramos também a necessidade de portas de comunicações extras, normalmente um controlador vem com uma ou duas portas de comunicação. Lembrando-se que uma mesma porta de comunicação não é utilizada para duas funções diferentes ao mesmo tempo. A figura 3-10 apresenta um diagrama que mostra um controlador conectado a duas redes de comunicação diferente, neste caso o CP1 possui duas portas de comunicação. 3.4 Projeto Elétrico Para a realização da automação com qualidade e segurança, e minimizando o tempo de manutenção no futuro, o sistema de automação deve se acompanhado de um projeto elétrico do sistema. Neste projeto elétrico devem constar todos os elementos utilizados para o acionamento e proteção do sistema elétrico, além de obedecer a todas as normas de seguranças vigentes. Automação Página: 50 O diagrama elétrico é um desenho que representa através de símbolos todos os elementos que compõem o sistema elétrico. O diagrama deve ser acompanhado de sua simbologia para que o diagrama seja compreendido. 3.4.1 Exemplo Projeto Elétrico Desenhar o diagrama elétrico de um sistema de controle de nível representado na figura 3.11. Onde temos: • LH – Level High – sensor de contato para nível alto; • LL - Level Low – sensor de contato para nível baixo; • B1 e B2 – MotoBombas com motor de 380 V / 60 Hz e comando em 220 V; • V1 e V2 – Válvulas eletro pneumáticas com comando de 24 V. Figura 3-54 Controle de nível Para o sistema proposto o projeto foi subdividido em duas partes, o circuito de comando e o circuito de força. O circuito de comando tem o acionamento dos equipamentos e dispositivos de comando e controle, como Automação Página: 51 ilustra a figura 3-12. Na figura 3-13 temos o circuito de força onde aparece a proteção geral do circuito e alimentação efetiva dos motores através dos contatores que foram acionados no circuito anterior. Em ambos os circuitos observamos uma linha pontilhada indicando “campo”, pois neste espaço estão colocados os dispositivos que não fazem parte do painel elétrico e estão instalados em outros setores da fábrica ou máquina. Em nosso circuito elétrico devemos especificar no projeto a localização dos dispositivos que serão instalados fora do painel, tais como: campo, entrada, saída, expedição, etc. A simbologia utilizada para este circuito aparece na figura 3-14. Figura 3-55 Circuito de comando: controle de nível Automação Página: 52 Figura 3-56 Circuito de força: controle de nível Para facilitar a conexão elétrica entre os dispositivos instalados internamente no painel elétrico e o ambiente industrial, são utilizados pontos de conexão elétrica, chamados bornes de conexão (figura 3-15), estes bornes estão representados no diagrama (figuras 3-12 e 3-13) através do pequeno circulo entre a linha pontilhada. Estes bornes são numerados conforme a seqüência de instalação no painel elétrico. Automação Página: 53 Figura 3-57 Simbologia diagrama elétrico Para facilitar o trabalho de manutenção todos os fios utilizados internamente no painel estes são numerados com uma identificação exclusiva (figura 3-16), esta numeração é conhecida por anilha. Nos diagramas das figuras 3-12 e 3-13 a numeração de cada fio aparece ao lado da linha que representa o condutor. Figura 3-58 Bornes de conexão Automação Página: 54 Figura 3-59 Sistema de numeração (anilha) de condutores 3.4.2 Exercício Proposto: Controle de Linha Cerâmica Desenhar o diagrama elétrico de um sistema de controle de uma linha cerâmica representado na figura 3-17. Os equipamentos instalados com seus respectivos sinais de controle são relacionados abaixo: • T1 – Tração um. Este sistema é formado por um motor controlado por um inversor de freqüência, e neste estágio temos: sinal de controle para habilitar o inversor de freqüência. Uma chave de emergência para bloqueio de todo o sistema. Retorno do inversor de freqüência via saída a rele do inversor. • T2, T3 e T4 – Tração 2, 3 e 4 semelhante à tração 1 com os mesmos sinais. • S01 – Serigráfica 1- A serigráfica constitui-se em um circuito de controle independente e necessita para seu funcionamento um sinal de controle, indicando que a linha esta em funcionamento, ao mesmo tempo em que libera para a linha um sinal de retorno indicando que está desbloqueada, ou seja, pronta para o trabalho. • S02 e S03 – Serigráfica 02 e 03, semelhante à serigráfica 01. • H01 – Habilita sistema, sinal de consenso proveniente do inicio da linha que indica que o sistema deve trabalhar. Automação Página: 55 Figura 3-60 Linha industrial cerâmica A figura 3-18 representa tridimensionalmente a linha cerâmica representada no layout
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